第1部分 原理篇 3
第1章 概述 3
1.1 导航起源 3
1.2 前世今生 8
1.2.1 第一颗人造地球卫星——Sputnik-1触发的灵感 9
1.2.2 第一代卫星导航系统——Transit卫星导航系统 12
1.2.3 第二代卫星导航系统——GPS全球定位系统 19
1.3 系统发展 25
1.3.1 GPS 25
1.3.2 GLONASS 26
1.3.3 Galileo 27
1.3.4 BDS 28
1.3.5 QZSS 30
1.3.6 IRNSS 31
1.4 系统功能 32
1.4.1 空间基准 33
1.4.2 时间基准 34
参考文献 37
第2章 定位原理 39
2.1 基本思想 39
2.2 数学原理 42
2.2.1 误差分析 43
2.2.2 卫星无线电导航 48
2.3 工程实现——伪距测量和位置解算 49
2.3.1 时间参考系统 53
2.3.2 空间坐标系统 54
2.3.3 伪距测量 54
2.3.4 位置解算 59
2.3.5 定位精度 60
参考文献 63
第3章 时空基准 64
3.1 概述 64
3.2 空间坐标系统 66
3.2.1 地心天球坐标系 67
3.2.2 地心地固坐标系 71
3.2.3 大地坐标系 72
3.2.4 坐标系转换 77
3.3 时间参考系统 81
3.3.1 时间尺度 81
3.3.2 时间基准 82
3.3.3 时间系统 83
3.3.4 时间系统的维持 90
3.3.5 卫星导航系统时间 91
3.3.6 导航卫星时间偏差 95
参考文献 96
第2部分 系统篇 99
第4章 系统组成 99
4.1 概述 99
4.2 空间段 102
4.2.1 导航卫星 102
4.2.2 轨道和星座 105
4.2.3 空间环境 112
4.3 控制段 115
4.3.1 任务分析 115
4.3.2 系统组成 116
4.4 用户段 121
4.4.1 任务分析 121
4.4.2 接收机方案 123
4.4.3 接收机类型 124
参考文献 126
第5章 轨道和星座 128
5.1 概述 128
5.2 人造地球卫星轨道 128
5.2.1 开普勒轨道 128
5.2.2 轨道摄动 137
5.3 导航卫星轨道设计 140
5.3.1 地球基准轨道的选择 140
5.3.2 日地空间环境的影响 142
5.4 导航卫星星座设计 143
5.4.1 对地覆盖和星座结构 143
5.4.2 导航卫星星座 145
5.5 卫星几何精度因子 148
5.5.1 几何精度因子定义 149
5.5.2 几何精度因子计算 151
5.6 导航卫星的广播星历 154
5.6.1 导航卫星轨道确定 155
5.6.2 系统时间同步 158
5.6.3 广播星历参数 160
5.7 广播星历参数的用户算法 162
参考文献 165
第6章 导航电文 167
6.1 概述 167
6.2 导航电文要求 168
6.3 导航电文格式 168
6.3.1 子帧同步 170
6.3.2 时间计数 171
6.4 导航电文内容 174
6.4.1 时钟校正和精度测定参数 174
6.4.2 星历参数 178
6.4.3 历书、卫星状态和电离层模型参数 183
6.5 系统时间转换 189
6.6 实测导航电文说明 190
6.6.1 原始电文数据 190
6.6.2 解析电文参数 193
参考文献 198
第7章 导航信号 199
7.1 概述 199
7.2 导航信号频率选择 200
7.2.1 电磁波传播特性 202
7.2.2 地球大气层影响 203
7.2.3 ITU频率规划 209
7.2.4 工程实现性 212
7.3 导航信号特性要求 215
7.3.1 信号相关损失 216
7.3.2 信号频率协调 216
7.3.3 其他相关规范 217
7.4 导航信号扩频处理 217
7.4.1 直接序列扩频频谱信号 220
7.4.2 扩频信号的多路接入 225
7.4.3 利用线性反馈移位寄存器生成扩频信号 227
7.5 导航信号结构 230
7.5.1 同一载频多路传输和多个信号多路接入 231
7.5.2 载波信号及其调制 232
7.5.3 伪随机噪声测距码信号 235
7.5.4 导航电文 240
7.6 导航信号调制 243
7.6.1 BPSK-R调制 244
7.6.2 BO C调制 247
7.6.3 MBOC调制 249
7.6.4 AltBO C调制 253
7.6.5 调制技术发展 255
7.7 导航信号复用 260
7.7.1 基本概念 261
7.7.2 QPSK复用 264
7.7.3 时分复用 265
7.7.4 ACE-BO C调制／复用 267
7.8 导航信号方向图及功率电平 269
7.8.1 导航天线方向图 269
7.8.2 导航信号落地电平 271
参考文献 276
第3部分 工程篇 279
第8章 导航卫星和导航信号播发 279
8.1 概述 279
8.2 导航卫星平台 281
8.2.1 综合电子分系统 282
8.2.2 姿态与轨道控制分系统 283
8.2.3 测控分系统 283
8.2.4 供配电分系统 284
8.2.5 结构和机构分系统 286
8.2.6 热控分系统 286
8.3 导航卫星有效载荷 287
8.3.1 导航有效载荷要求 287
8.3.2 导航卫星有效载荷架构 289
8.4 导航信号生成 291
8.4.1 时间频率基准分系统 292
8.4.2 上行导航数据接收分系统 303
8.4.3 导航信号生成分系统 307
8.5 导航信号播发 311
8.6 导航载荷天线 313
参考文献 317
第9章 运控系统和导航电文生成 318
9.1 概述 318
9.2 系统组成 319
9.2.1 主控站 320
9.2.2 注入站 322
9.2.3 监测站 324
9.3 工作流程 326
9.4 导航电文处理 328
9.5 系统状态估计 331
9.6 导航电文生成 334
9.6.1 轨道测定及广播星历 335
9.6.2 时间同步及钟差预报 336
9.6.3 电离层延迟模型及改正 337
9.6.4 导航电文精度评估 338
参考文献 341
第10章 接收机和PVT解算 342
10.1 概述 342
10.1.1 功能性能 342
10.1.2 使用环境 344
10.2 基本原理 345
10.2.1 结构组成 345
10.2.2 工作原理 346
10.2.3 工作流程 349
10.2.4 实现方案 352
10.3 天线和射频前端 354
10.3.1 天线 354
10.3.2 射频前端 360
10.4 基带信号处理 371
10.4.1 信号处理数学模型 371
10.4.2 信号处理基本要素 373
10.4.3 信号捕获 374
10.4.4 伪码和载波跟踪 386
10.4.5 载波跟踪环路 393
10.4.6 伪码跟踪环路 401
10.4.7 锁定检测器 406
10.4.8 数据解调和数据处理 408
10.5 位置解算 415
10.5.1 伪距方程 415
10.5.2 迭代最小二乘法 415
10.5.3 伪距修正 416
10.5.4 注意事项 417
参考文献 419
第4部分 性能篇 423
第11章 系统关键性能 423
11.1 概述 423
11.2 覆盖范围 424
11.3 定位精度 429
11.3.1 精度标准 430
11.3.2 定位精度及其决定因素 432
11.3.3 测量精度 434
11.3.4 伪距观测误差预算 436
11.3.5 精度因子DOP 437
11.4 完好性 438
11.4.1 系统完好性标准 438
11.4.2 系统完好性参数 439
11.4.3 民航对卫星导航系统完好性要求 440
11.5 连续性 443
11.5.1 空间信号连续性标准 444
11.5.2 失效类型 444
11.6 可用性 446
11.6.1 可用性标准 447
11.6.2 系统星座可用性 448
11.6.3 系统服务可用性 451
11.6.4 可用性相关讨论 456
11.7 可负担性 459
参考文献 461
第12章 误差分析 463
12.1 概述 463
12.2 定位精度的影响 464
12.3 授时精度的影响 464
12.4 误差分析与分类 466
12.4.1 误差分析 466
12.4.2 误差分类 466
12.5 与卫星有关的误差 470
12.5.1 卫星钟差 470
12.5.2 星历误差 470
12.5.3 相对论误差 472
12.5.4 数据龄期与定位精度 472
12.6 与导航信号传播路径有关的误差 475
12.6.1 电离层延迟误差 475
12.6.2 对流层折射误差 477
12.6.3 多路径效应 479
12.7 与接收机有关的误差 480
12.7.1 观测误差 480
12.7.2 接收机钟差 480
12.7.3 接收机噪声 481
12.7.4 天线相位中心位置偏差 481
12.8 选择可用性误差 481
12.8.1 基本概念 481
12.8.2 大事记 484
12.9 定位精度的变化趋势 485
参考文献 487
第5部分 应用篇 491
第13章 定位服务 491
13.1 概述 491
13.2 定位方式 494
13.3 典型应用——大坝形变监测 498
13.3.1 系统组成 499
13.3.2 监测方案 501
13.3.3 数据处理 503
13.3.4 结果分析 505
参考文献 506
第14章 导航服务 509
14.1 概述 509
14.2 典型应用——车载导航 510
14.2.1 路径规划 512
14.2.2 航位推测 513
14.2.3 地图匹配 514
14.2.4 车辆监控 515
参考文献 522
第15章 授时服务 524
15.1 概述 524
15.2 授时原理 525
15.2.1 地面监测站时间同步 527
15.2.2 网络时间同步 530
15.3 卫星授时应用典型示例 533
15.3.1 互联网时间同步 533
15.3.2 移动通信系统时间同步 535
15.3.3 电力系统时间同步 538
15.3.4 铁路系统时间同步 543
参考文献 545
第16章 其他服务 546
16.1 搜索救援 546
16.1.1 Galileo系统搜索与救援业务 547
16.1.2 GPS危险报警业务 550
16.1.3 MEOSAR系统搜索与救援业务 551
16.1.4 QZSS灾害和危机管理报告服务 554
16.2 自动相关监视 555
16.3 报文通信 559
16.3.1 通信原理 559
16.3.2 RDSS业务 561
参考文献 563
第6部分 展望篇 567
第17章 卫星导航技术发展趋势 567
17.1 兼容互操作 567
17.1.1 概述 567
17.1.2 兼容性原理 570
17.1.3 互操作原理 572
17.1.4 兼容互操作关键技术 575
17.2 导航通信一体化 579
17.2.1 概述 579
17.2.2 北斗RDSS服务 581
17.2.3 iGPS系统 584
17.3 组合导航 590
17.3.1 GNSS／INS组合导航 590
17.3.2 量子定位系统 595
17.3.3 随机信号导航系统 596
17.3.4 全源定位导航系统 597
17.4 射频信号直接采样 599
17.5 卫星导航信号 600
17.5.1 扩频调制带宽有限 601
17.5.2 空间分离的导航信号 601
17.5.3 卫星同时播发多用途信号 602
17.5.4 持续改进L频段卫星导航信号 602
17.5.5 卫星导航系统与移动通信深度融合 603
参考文献 604
第18章 Micro-PNT系统与综合PNT体系 607
18.1 概述 607
18.2 Micro-PNT系统 608
18.2.1 基本概念 608
18.2.2 芯片原子钟 610
18.2.3 微型陀螺技术 611
18.2.4 主动层的初级和次级校准 615
18.2.5 微尺度集成 617
18.2.6 芯片级组合原子导航仪 617
18.3 综合PNT体系 619
18.3.1 基本概念 620
18.3.2 信息源 621
18.3.3 相关技术 623
参考文献 625